寄生虫の抽出

電子設計自動化において、寄生抽出とは、電子回路の設計デバイスと必要な配線相互接続の両方における寄生効果を計算することです。寄生効果には、寄生容量、寄生抵抗、寄生インダクタンスなどがあり、一般的には寄生デバイス、寄生コンポーネント、または単に寄生 と呼ばれます。

寄生抽出の主な目的は、回路の正確なアナログ モデルを作成し、詳細なシミュレーションで実際のデジタル回路とアナログ回路の応答をエミュレートできるようにすることです。デジタル回路の応答は、タイミング解析、電力解析、回路シミュレーション、信号整合性解析などの信号遅延と負荷計算用のデータベースを作成するためによく使用されます。アナログ回路は、多くの場合、詳細なテスト ベンチで実行され、抽出された追加の寄生によって設計された回路が機能するかどうかが示されます。

初期の集積回路では配線の影響は無視できるほど小さく、配線は回路の電気要素とはみなされていませんでした。しかし、0.5マイクロメートル以下の 技術ノードでは、相互接続の抵抗と静電容量が回路の性能に大きな影響を与え始めました。^[1]プロセス技術の縮小に伴い、相互接続のインダクタンス効果も重要になりました。

相互接続寄生の主な影響には、信号遅延、信号ノイズ、IR ドロップ (電圧の抵抗成分)などがあります。

相互接続容量は、抽出ツールに次の情報を与えることによって計算されます: 一連のレイヤー上の入力ポリゴンの形式での設計のトップビュー レイアウト、一連のデバイスとピンへのマッピング (レイアウト対回路図の実行から)、およびこれらのレイヤーの断面の理解。この情報は、入力ポリゴンと断面構造が示す場所にコンデンサを追加したレイアウト ワイヤのセットを作成するために使用されます。出力ネットリストには、入力設計ネットリストと同じ入力ネットのセットが含まれ、これらのネット間に寄生コンデンサ デバイスが追加されます。

相互接続抵抗は、抽出ツールに次の情報を与えることで計算されます: 一連のレイヤー上の入力ポリゴンの形式での設計のトップビュー レイアウト、一連のデバイスとピンへのマッピング (レイアウト対回路図の実行から)、およびレイヤーの抵抗率を含むこれらのレイヤーの断面の理解。この情報は、ワイヤのさまざまなサブパーツ間に抵抗を追加したレイアウト サブワイヤのセットを作成するために使用されます。上記の相互接続容量は、比例してサブノード間で分割および共有されます。相互接続容量とは異なり、相互接続抵抗では、寄生抵抗を配置するために回路要素間にサブノードを追加する必要があることに注意してください。これにより、抽出された出力ネットリストのサイズが大幅に増加し、追加のシミュレーション問題が発生する可能性があります。

ツールは、次の大まかなカテゴリに分類されます。

• フィールド ソルバーは物理的に正確なソリューションを提供します。マクスウェル方程式を直接解くことで電磁気パラメータを計算します。計算負荷が大きいため、非常に小さな設計または設計の一部にのみ適用できます。
• パターン マッチング技術を使用した近似ソリューションは、完全な最新の集積回路設計の寄生要素を抽出するための唯一の実行可能なアプローチです。

ANSYS Q3D Extractor は、モーメント法 (積分方程式) と FEM を使用して、容量、コンダクタンス、インダクタンス、抵抗行列を計算します。積分方程式の解を高速化するために、高速多重極法(FMM) を使用します。ソルバーからの出力には、電流分布、電圧分布、CG 行列、RL 行列が含まれます。^{[2] [3]}

MITの FastCap と FastHenry は、静電容量、インダクタンス、抵抗の 2 つの無料寄生抽出ツールです。多くの科学論文で引用されており、その分野では貴重な参考文献と見なされています。^[要出典]

ソースコードとビューアとエディタを備えたWindowsバイナリバージョンはFastFieldSolversから無料で入手できます。^{[4] [5]}

FastFieldSolvers の FasterCap は、Windows および Linux OS で使用できる無料のオープン ソースの静電容量フィールド ソルバーで、区分的に一定の複素誘電率誘電体媒体に埋め込まれた導電性構造をシミュレートでき、自動メッシュ改良機能とコア内/コア外ソルバー エンジンを備えています。

Synopsys（旧Avanti ）のStarRCは、あらゆる電子設計に適用できる汎用的な寄生抽出ツールです。^[6]

Cadence社のQuantusはデジタル設計とアナログ設計の両方に対応する寄生抽出ツールであり、レイアウト後の検証のために設計を準備するには寄生抽出チェックを実行する必要があります。^[7]

シノプシスのQuickCap NXは、デジタル設計とアナログ設計の両方に対応した寄生抽出ツールです。^[8] これは、マグマ社とシノプシス社に買収されたランダムロジック社のラルフ・アイバーソン氏が開発したQuickCapをベースにしています。

メンターグラフィックスのCalibre xACT3Dは、デジタル設計とアナログ設計の両方に対応した寄生抽出ツールです。^[9] これは、メンターが買収したPextra CorporationのWangqi QiuとWeiping Shiが開発したPexRCに基づいています。

• 標準的な寄生交換フォーマット